(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサ素子と、該酸素センサ素子を固定するハウジングとを備える酸素センサであって、
上記酸素センサ素子は、
先端側が閉じられ基端側が開口した筒状に形成されるとともに、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、
該固体電解質体の先端部を含む領域の内面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域の外面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域において、上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の外面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備え、上記酸素センサ素子には、上記被測定ガスに曝されるガス露出領域と、上記被測定ガスに曝されないガス非露出領域とがあり、上記緻密層と上記保護層とは、いずれも上記ガス露出領域にのみ形成されており、
上記保護層と上記緻密層とは重なり合っていないことを特徴とする酸素センサ。
【請求項２】
被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサ素子と、該酸素センサ素子を固定するハウジングとを備える酸素センサであって、
上記酸素センサ素子は、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の一方の主面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の他方の主面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の上記他方の主面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備え、上記酸素センサ素子には、上記被測定ガスに曝されるガス露出領域と、上記被測定ガスに曝されないガス非露出領域とがあり、上記緻密層と上記保護層とは、いずれも上記ガス露出領域にのみ形成されており、
上記保護層と上記緻密層とは重なり合っていないことを特徴とする酸素センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記酸素センサ素子のうち上記被測定ガスと接触する部分の長手方向長さをＬとし、上記保護層の長手方向長さをＬ１とした場合、
０．２≦Ｌ１／Ｌ≦０．５
を満たすことを特徴とする酸素センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、車両の排気ガスの酸素濃度を測定するために用いられ、上記車両のエンジンと、上記排気ガスの排気口との間のガス排出経路上であって、上記排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒よりも下流側に配置されるリア用酸素センサであることを特徴とする酸素センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、上記緻密層はガラス質材料からなることを特徴とする酸素センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関からの排ガス中に含まれる酸素ガスの濃度を測定し、上記内燃機関の空燃比制御に利用される酸素センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系統に設置して、該内燃機関の空燃比制御に利用する酸素センサ素子として、下記特許文献１に示すものが知られている。これは、図９に示すごとく、内部に基準ガス室９２が設けてあるコップ型の固体電解質体９３と、該固体電解質体９３の外側面に設けられ、被測定ガス（排気ガス）と接触する測定電極９４と、固体電解質体９３の内側面に設けられ、基準ガス（大気）と接触する基準電極９５とを備えている。そして、固体電解質体９３を保護するための保護層９６が形成されている。
【０００３】
また、基準ガス室９２にヒータ９７が設けられ、使用時には、このヒータ９７によって固体電解質体９３が熱せられる。高温状態にて、基準ガスと被測定ガスとの間の酸素濃度差に対応した電位差が、固体電解質体９３の各電極９４、９５間に生じ、この電位差から被測定ガス中の酸素濃度が求められる。そして、測定された酸素濃度に基づいて、内燃機関の空燃比制御が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記保護層９６は通気性を必要とするためアルミナ等のセラミック多孔体から構成されており、空気中の揮発性有機物（Volatile Organic Compounds：ＶＯＣ）が付着しやすいという問題がある。揮発性有機物が付着すると、排ガス中の酸素濃度を測定する際、測定電極９４周辺で酸素分子が揮発性有機物と化合するため、排ガス中の酸素濃度が実際の値よりも低く（即ち、リッチ側に）検知されてしまう場合がある。その結果、リーン側へフィードバック制御がかけられ、空燃比の制御ポイントがリーン側にずれてしまうおそれがある。
【０００６】
空気中の揮発性有機物は、エンジン停止中に保護層９６に付着しやすい。エンジンを始動すると、酸素センサが測定を開始し、上述したように固体電解質体９３がヒータ９７によって加熱される。この温度上昇に伴って、保護層９６に付着した揮発性有機物が徐々に揮発する。しかし、完全に揮発するまでにある程度の時間がかかり、その間は排ガス中の酸素濃度が実際の値よりも低く検知されるため、空燃比の制御ポイントがリーン側にずれてしまう。
【０００７】
特に従来の酸素センサ素子９１は、固体電解質体９３の、被検出ガスに接触する部分を全て保護層９６で被覆していたため、付着する揮発性有機物の量が多く、揮発性有機物が完全に揮発するまでに時間がかかっていた。その結果、空燃比の制御ポイントがリーン側にずれた状態から、正常（ストイキ）に戻るまで時間がかかるという問題があった。
【０００８】
また、図１０に示すごとく、従来から積層型の酸素センサ素子９１ａが知られているが、この場合でも、固体電解質体９３ａの、被検出ガスに接触する部分を全て保護層９６ａで被覆していたため、付着する揮発性有機物の量が多く、図９に示すコップ型の酸素センサ素子９１と同様の問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサ素子と、該酸素センサ素子を固定するハウジングとを備える酸素センサであって、
上記酸素センサ素子は、
先端側が閉じられ基端側が開口した筒状に形成されるとともに、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体と、
該固体電解質体の先端部を含む領域の内面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域の外面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記固体電解質体の上記先端部を含む領域において、上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の外面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備え、上記酸素センサ素子には、上記被測定ガスに曝されるガス露出領域と、上記被測定ガスに曝されないガス非露出領域とがあり、上記緻密層と上記保護層とは、いずれも上記ガス露出領域にのみ形成されており、
上記保護層と上記緻密層とは重なり合っていないことを特徴とする酸素センサにある（請求項１）。
【００１１】
次に、第１の発明の作用効果につき説明する。
第１の発明では、固体電解質体が保護層と緻密層とによって被覆されている。緻密層は被測定ガスを透過しないため、保護層よりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体を全て保護層で被覆した場合と比較して（図９参照）、酸素センサ素子に付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
【００１２】
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータの加熱によって固体電解質体が温度上昇するに伴い、保護層に付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。特に第１の発明では、固体電解質体の先端部付近にのみ保護層が形成されており、この先端部付近はヒータによって加熱しやすい部分であるため、揮発性有機物の揮発時間が短くてすむ。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
【００１３】
また、酸素センサ素子の機能上は、測定電極へ被測定ガスが到達すればよいため、測定電極の外面の少なくとも一部を被覆する部分に保護層を形成し、それよりも基端側に緻密層を形成しても、酸素センサ素子の機能を損なうことはない。
【００１４】
以上のごとく、第１の発明によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサを提供することができる。
【００１５】
また、第２の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサ素子と、該酸素センサ素子を固定するハウジングとを備える酸素センサであって、
上記酸素センサ素子は、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の一方の主面に形成され、上記基準ガスに曝される基準電極と、
上記固体電解質体の他方の主面に形成され、上記被測定ガスに曝される測定電極と、
上記測定電極の外面の少なくとも一部を被覆するとともに上記被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層と、
上記固体電解質体の上記他方の主面に、上記保護層よりも基端側に形成され、上記被測定ガスを透過しない緻密な緻密層と、
を備え、上記酸素センサ素子には、上記被測定ガスに曝されるガス露出領域と、上記被測定ガスに曝されないガス非露出領域とがあり、上記緻密層と上記保護層とは、いずれも上記ガス露出領域にのみ形成されており、
上記保護層と上記緻密層とは重なり合っていないことを特徴とする酸素センサにある（請求項２）。
【００１６】
次に、第２の発明の作用効果につき説明する。
第２の発明では、固体電解質体が板状に形成されており、その一方の主面に基準電極が形成され、他方の主面に測定電極が形成されている。そして、固体電解質体の他方の主面が、保護層と緻密層とによって被覆されている。緻密層は被測定ガスを透過しないため、保護層よりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体の他方の主面を全て保護層で被覆した場合と比較して（図１０参照）、酸素センサ素子に付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
【００１７】
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータの加熱によって固体電解質体が温度上昇するに伴い、保護層に付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
【００１８】
以上のごとく、第２の発明によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記酸素センサ素子のうち上記被測定ガスと接触する部分の長手方向長さをＬとし、上記保護層の長手方向長さをＬ１とした場合、
０．２≦Ｌ１／Ｌ≦０．５
を満たすことが好ましい（請求項３）。
この場合には、酸素濃度を測定しやすくできるとともに、揮発性有機物の揮発時間を短くできる。すなわち、Ｌ１／Ｌが０．２未満の場合は、ガス透過性を有する保護層の面積が小さくなるため、酸素濃度の測定精度を充分確保することが困難となる。また、Ｌ１／Ｌが０．５を超える場合は、保護層の面積が大きくなるため、保護層に付着する揮発性有機物が多くなる。そのため、酸素濃度の測定開始後、揮発性有機物が揮発するまでの時間が長くなり、酸素濃度を正確に測定できるまでの時間が長くなる。
【００２０】
また、上記酸素センサは、車両の排気ガスの酸素濃度を測定するために用いられ、上記車両のエンジンと、上記排気ガスの排気口との間のガス排出経路上であって、上記排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒よりも下流側に配置されるリア用酸素センサであることが好ましい（請求項４）。
この場合には、本発明の酸素センサの作用効果を充分に発揮することができる。すなわち、リア用酸素センサは、三元触媒の下流側に配置されているため、浄化された排ガスを測定している。そのため、三元触媒の上流に配置されるセンサ（例えばＡ／Ｆセンサ）よりも酸素濃度を高精度に測定することが要求される。このようなリア用酸素センサには、本発明のように、使用開始後に測定精度を短時間で上げられる酸素センサを用いることが好ましい。
【００２１】
また、上記緻密層はガラス質材料からなることが好ましい（請求項５）。
ガラス質材料は緻密であり、空気中の揮発性有機物が付着しにくいため、本発明の緻密層として好適に用いることができる。また、ガラス質材料の成分を調整することにより、固体電解質体との熱膨張率を合わせることができるため、製造工程中に熱膨張率の差による割れ等の問題が生じにくい。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる酸素センサ素子につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の酸素センサ素子１は、被測定ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する。図１、図２に示すごとく、本例の酸素センサ素子１は、先端側が閉じられ基端側が開口した筒状に形成されるとともに、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体１５を備える。そして、固体電解質体１５の先端部１５９を含む領域の内面１６０に、基準ガスに曝される基準電極１２が形成されている。固体電解質体１５の先端部１５９を含む領域の外面１５０に、被測定ガスに曝される測定電極１１が形成されている。
【００２３】
また、固体電解質体１５の先端部１５９を含む領域において、測定電極１１の外面を被覆するとともに被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層１４が形成されている。固体電解質体１５の外面１５０における、保護層１４よりも基端側には、被測定ガスを透過しない緻密な緻密層１７が形成されている。
【００２４】
保護層１４は、測定電極１１に接触する第１保護層１４ａと、その第１保護層１４ａの外面に形成された第２保護層１４ｂとからなる。本例では、第１保護層１４ａはＭｇＡｌ２Ｏ４スピネルを主成分とし、厚さ５０〜４００μｍ、気孔率約２０％としている。また、第２保護層１４ｂはＡｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２を主成分とし、厚さ２０〜１００μｍ、気孔率２〜１０％である。
【００２５】
また、緻密層１７はガラス質材料からなり、本例ではＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯを主成分としたガラス質材料を使用している。
【００２６】
また、本例の酸素センサ素子１は、図１、図２に示すごとく、酸素センサ素子１のうち被測定ガスと接触する部分の長手方向長さをＬとし、保護層１４の長手方向長さをＬ１とした場合、０．２≦Ｌ１／Ｌ≦０．５を満たしている。
【００２７】
次に、図２に示すごとく、固体電解質体１５の外面１５０には測定電極１１と共にリード部１１１及びターミナル部１１２が設けてある。
また、本例の固体電解質体１５は部分安定化ジルコニアよりなる。基準電極１２、測定電極１１、リード部１１１，１２１、ターミナル部１１２，１２２はいずれも白金よりなる。
【００２８】
リード部１１１は測定電極１１で得られたセンサ出力を取り出して、ターミナル部１１２に伝達する部分である。また、ターミナル部１１２は、センサ出力を酸素センサ素子１の外部へ取り出すために、図４に示すごとく、酸素センサ３に設けた金属端子３８３と接続する部分である。
【００２９】
一方、基準電極１２はメッキ、ペースト印刷等により形成され、図３に示すごとく、リード部１２１、ターミナル部１２２を設けることにより出力を取り出す構成とされている。
なお、図３（ｂ）に示すごとく、基準電極１２のリード部１２１と、測定電極１１のリード部１１１とは、各々２本形成されている。
【００３０】
また、図１に示すごとく、基準ガス室１６にヒータ２が挿入配置されている。本例のヒータ２は先端に発熱部（図示しない）を有しており、この発熱部を中心に発熱する。つまり、本例の酸素センサ素子１は、固体電解質体１５の先端が特に加熱される構造になっている。
ヒータ２により加熱された状態にて、基準ガスと被測定ガスとの酸素濃度差に対応した電位差が固体電解質体１５の各電極１１，１２間に生じ、この電位差により被測定ガスの酸素濃度が求められる。
【００３１】
次に、測定電極１１、基準電極１２、リード部１１１，１２１、ターミナル部１１２，１２２、保護層１４、緻密層１７の形成方法について説明する。
固体電解質体１５の外面１５０に、貴金属化合物であるジベンジリデンＰｔを含むペーストを用いて、パッド印刷等で印刷部を形成する。この印刷部の形状は、得ようとする測定電極１１、基準電極１２、リード部１１１，１２１、ターミナル部１１２，１２２の形状と同様の形状である。この印刷部に対して熱処理を施し、Ｐｔ核形成部を得る。
その後、上記Ｐｔ核形成部に対し無電解メッキを施し、測定電極１１、基準電極１２、リード部１１１，１２１、ターミナル部１１２，１２２を形成する。
【００３２】
その後、緻密層１７となる部分をマスキングし、固体電解質体１５の先端部１５９を含む領域にプラズマ溶射法を用いて第１保護層１４ａ、第２保護層１４ｂをこの順に形成する。例えば、第１保護層１４ａはＭｇＡｌ２Ｏ４スピネルを主成分とし、厚さ５０〜４００μｍ、気孔率約２０％に形成する。また、第２保護層１４ｂはＡｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２を主成分とし、厚さ２０〜１００μｍ、気孔率２〜１０％に形成する。
【００３３】
次に、緻密層１７となる部分を保護していたマスクを除去し、代わりに保護層１４をマスキングする。そして緻密層１７となる部分に、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯを主成分とするガラス質組成物のペーストを塗布する。その後、このペーストを焼成することにより、緻密層１７を形成する。また、図１に示すごとく、緻密層１７の外面１７１と、第２保護層１４ｂの外面１４１とが面一となるように、緻密層１７の厚さが調整されている。
【００３４】
次に、本例の酸素センサ素子１を用いた酸素センサ３の構造を説明する。
図４に示すように、上記酸素センサ３はハウジング３０と該ハウジング３０にシール固定された酸素センサ素子１とよりなる。また、上記酸素センサ素子１の基準ガス室１６にはヒータ２が挿入配置されている。
【００３５】
上記ハウジング３０の下方には、被測定ガス室３１０を形成し、酸素センサ素子１を保護するための二重の被測定ガス側カバー３１１，３１２が設けてある。
上記ハウジング３０の上方には、三段の大気側カバー３２１，３２２，３２３が設けてある。
上記被測定ガス室３１０の内部は被測定ガスが流通し、上記大気側カバーの内部は大気が流通した状態にある。酸素センサ３は、被測定ガスと大気とが混じらないように構成されている。
【００３６】
上記大気側カバー３２２，３２３の上端には、リード線３７１，３８１，３９１が挿入された弾性絶縁部材３５が設けてある。上記リード線３８１，３９１は、酸素センサ素子１からの出力を取り出して酸素センサ３の外部に送るものである。
また、上記リード線３７１は、ヒータ２に通電するためのものである。
【００３７】
上記リード線３９１，３８１の下端には接続端子３８２，３９２が設けてあり、該接続端子３８２，３９２は、金属端子３８３，３９３と導通している。
また、上記金属端子３８３，３９３は、それぞれ酸素センサ素子１のターミナル部１１２，１２２（図２参照）に対し接触固定されている。
【００３８】
次に、図５に示すごとく、本例の酸素センサ素子１は、車両の排気ガスの酸素濃度を測定するために用いられ、車両のエンジン４と、排気ガスの排気口との間のガス排出経路８上であって、排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒５よりも下流側に配置されるリア用酸素センサ素子１’である。
【００３９】
図５に示すごとく、三元触媒５の上流にはＡ／Ｆセンサ６が取り付けられており、このＡ／Ｆセンサ６により、排気ガス中の酸素濃度を低精度で測定する。Ａ／Ｆセンサ６による酸素濃度測定値は制御部７に送信され、この測定値に基づいてエンジン４の空燃比を制御する。また、三元触媒５の下流に設けられたリア用酸素センサ素子１’により、排気ガス中の酸素濃度を高精度に測定する。Ａ／Ｆセンサ６の酸素濃度測定値は精度が低いため、リア用酸素センサ素子１’による測定値を使って、Ａ／Ｆセンサ６の測定値を補正している。
【００４０】
次に、本例の酸素センサ３の作用効果について説明する。
本例の酸素センサ３は、図１に示すごとく、固体電解質体１５が保護層１４と緻密層１７とによって被覆されている。緻密層１７は被測定ガスを透過しないため、保護層１４よりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体１５を全て保護層１４で被覆した場合と比較して（図９参照）、付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
【００４１】
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータ２の加熱によって固体電解質体１５が温度上昇するに伴い、保護層１４に付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。特に本例では、固体電解質体１５の先端部付近にのみ保護層１４が形成されており、この先端部付近はヒータ２によって加熱しやすい部分であるため、揮発性有機物の揮発時間が短くてすむ。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
より詳しくは、図９に示す従来の酸素センサでは、上記時間が約１０００秒かかっていたが、本例の酸素センサ３を用いることにより、この時間を約２００秒に短縮できる。
【００４２】
また、図１に示すごとく、酸素センサ素子１のうち被測定ガスと接触する部分の長手方向長さＬと、保護層１４の長手方向長さＬ１とは、０．２≦Ｌ１／Ｌ≦０．５の関係を満たしている。
この場合には、酸素濃度を測定しやすくできるとともに、揮発性有機物の揮発時間を短くできる。すなわち、Ｌ１／Ｌが０．２未満の場合は、ガス透過性を有する保護層１４の面積が小さくなるため、酸素濃度を測定しにくくなる。また、Ｌ１／Ｌが０．５を超える場合は、保護層１４の面積が大きくなるため、保護層１４に付着する揮発性有機物が多くなる。そのため、酸素濃度の測定開始後、揮発性有機物が揮発するまでの時間が長くなり、酸素濃度を正確に測定できるまでの時間が長くなる。
【００４３】
また、図５に示すごとく、本例の酸素センサ３は、車両のエンジン４と、排気ガスの排気口との間のガス排出経路８上であって、排気ガス中の有害物質を分解する三元触媒５よりも下流側に配置されるリア用酸素センサである。
この場合には、本発明の酸素センサ３の作用効果を充分に発揮することができる。すなわち、リア用酸素センサは、三元触媒５の下流側に配置されているため、浄化された排ガスを測定している。そのため、三元触媒５の上流に配置されるセンサ（Ａ／Ｆセンサ６）よりも酸素濃度を高精度に測定することが要求される。このようなリア用酸素センサには、本発明のように、使用開始後に測定精度を短時間で上げられる酸素センサ３を用いることが好ましい。
【００４４】
また、本例の酸素センサ素子１は、緻密層１７がガラス質材料から構成される。
ガラス質材料は緻密であり、空気中の揮発性有機物が付着しにくいため、本発明の緻密層１７として好適に用いることができる。また、ガラス質材料の成分を調整することにより、固体電解質体１５との熱膨張率を合わせることができるため、製造工程中に熱膨張率の差による割れ等の問題が生じにくい。
【００４５】
以上のごとく、本例によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサを提供することができる。
【００４６】
（実施例２）
本例は、図６〜図８に示すごとく、酸素センサ素子１ａを積層型にした例である。図示するごとく、本例の酸素センサ素子１ａは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体１５ａを備える。また、固体電解質体１５ａの一方の主面１５３に、基準ガスに曝される基準電極１２ａが形成される。固体電解質体１５ａの他方の主面１５４に、被測定ガスに曝される測定電極１１ａが形成される。
【００４７】
また、測定電極１１ａの外面の少なくとも一部を被覆するとともに被測定ガスを透過するセラミック多孔体からなる保護層１４ｃを備える。固体電解質体１５ａの他方の主面１５４に、保護層１４ｃよりも基端１５２側に、被測定ガスを透過しない緻密な緻密層１７ａが形成されている。
【００４８】
本例の酸素センサ素子１ａは複数のセラミック板を積層した構造をしており、固体電解質体１５ａの一方の主面１５３側に、基準ガス室１６ａを形成するための、アルミナからなる基準ガス室形成層１６１が積層されている。この基準ガス室１６ａに、基準ガス（大気）が導入される。
【００４９】
また、固体電解質体１５ａの他方の主面１５４には、リード線１１１ａおよびターミナル部１１２ａが形成されている。また、固体電解質体１５ａの一方の主面１５３には、リード線（図示しない）が形成されている。このリード線と接続されたターミナル部１２２ａが主面１５４に形成されている。これら２個のターミナル部１１２ａ，１２２ａから、各電極１１ａ，１２ａのセンサ出力を取り出せるようになっている。
なお、本例の固体電解質体１５ａはジルコニアから構成され、基準電極１２ａ、測定電極１１ａ、リード線１１１ａ、ターミナル部１１２ａ，１２２ａは白金から構成される。
【００５０】
また、図７に示すごとく、酸素センサ素子１ａは、基準ガス室形成層１６１における、固体電解質体１５ａと反対側の面に、ヒータ２を積層してなる。このヒータ２は、通電により発熱する発熱体２ａと、該発熱体２ａを一方の主面に形成したヒータ基板２ｂとからなる。このヒータ２によって、固体電解質体１５ａが加熱される。
【００５１】
図６に示すごとく、酸素センサ素子１ａの、被測定ガスと露出する部分の長手方向長さをＬとし、保護層１４ｃの長手方向長さをＬ１とした場合、０．２≦Ｌ１／Ｌ≦０．５を満たしている。
【００５２】
一方、酸素センサ３ａは、図８に示すごとく筒型のハウジング３０ａを備え、該ハウジング３０ａの内側に、絶縁碍子４０を介して上記酸素センサ素子１ａが配設されている。また、ハウジング３０ａの先端側（図面下方）に、被測定ガス側カバー３１１ａ，３１２ａが設けてある。酸素センサ３ａの基端側（図面上方）にはリード線３８１ａ，３８１ｂ，３９１ａ，３９１ｂが設けられ、酸素センサ素子１ａのターミナル部１１２ａ，１２２ａおよびヒータ電極（図示しない）に各々接続されている。
その他、実施例１と同様の構成を有する。
【００５３】
実施例２の作用効果につき説明する。
図６、図７に示すごとく、本例では、固体電解質体１５ａの主面１５４が、保護層１４ｃと緻密層１７ａとによって被覆されている。緻密層１７ａは被測定ガスを透過しないため、保護層１４ｃよりも揮発性有機物が付着しにくい。これにより、従来のように固体電解質体１５ａの他方の主面を全て保護層１４ｃで被覆した場合と比較して（図１０参照）、酸素センサ素子１ａに付着する揮発性有機物の量を減らすことが可能となる。
【００５４】
その結果、酸素濃度の測定開始時において、ヒータ２の加熱によって固体電解質体１５ａが温度上昇するに伴い、保護層１４ｃに付着した揮発性有機物が短時間で揮発するようになる。
そのため、酸素濃度の測定開始後、正確に酸素濃度を測定できる状態に短時間ででき、空燃比の制御を正常に行えるまでの時間を短くできる。
【００５５】
以上のごとく、第２の発明によれば、酸素濃度の測定開始後、空燃比の制御が正常になるまでの時間を短くできる酸素センサを提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１における、酸素センサ素子の先端部周辺の拡大断面図。
【図２】実施例１における、酸素センサ素子の側面図。
【図３】実施例１における、酸素センサ素子の断面図であって、（ａ）図２のＡ−Ａ矢視断面図（ｂ）図２のＢ−Ｂ矢視断面図。
【図４】実施例１における、酸素センサ素子を有する酸素センサの縦断面図。
【図５】実施例１における、リア用酸素センサ素子、三元触媒、エンジン、Ａ／Ｆセンサの位置関係を表した図。
【図６】実施例２における、酸素センサ素子の斜視図。
【図７】実施例２における、酸素センサ素子の図６Ｃ−Ｃ矢視断面図。
【図８】実施例２における、酸素センサ素子を有する酸素センサの縦断面図。
【図９】従来例における、筒状の酸素センサ素子の先端部周辺の拡大断面図。
【図１０】従来例における、積層型酸素センサ素子の斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
１  酸素センサ素子
１１  測定電極
１２  基準電極
１４  保護層
１４ａ  第１保護層
１４ｂ  第２保護層
１５  固体電解質体
１５９  先端部
１７  緻密層
２  ヒータ
３  酸素センサ
５  三元触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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